陳 琦， 姚詠明

(解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院全軍燒傷研究所，北京 100048)

凝溶膠蛋白結(jié)構(gòu)和功能研究新進(jìn)展*

陳 琦， 姚詠明△

(解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院全軍燒傷研究所，北京 100048)

業(yè)已明確，細(xì)胞骨架重排發(fā)生在多種細(xì)胞生命活動(dòng)中，使細(xì)胞質(zhì)在凝膠態(tài)和溶膠態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這一可逆性過程涉及多種蛋白質(zhì)，其中凝溶膠蛋白(gelsolin)超家族通過切斷肌動(dòng)蛋白絲、脫離肌絲終端、促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚集成核等方式控制肌動(dòng)蛋白的構(gòu)建，使肌動(dòng)蛋白在單體和聚合體兩種形式間通過聚合解聚作用維持動(dòng)態(tài)平衡[1]。凝溶膠蛋白作為凝溶膠蛋白家族的成員之一，能夠與肌動(dòng)蛋白結(jié)合并且調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的聚合解聚作用，是一種重要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，也是目前研究較為詳盡和透徹的重要蛋白分子。其主要功能包括調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白活性、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞凋亡、吞噬功能以及血小板的形成和活化等。許多研究表明，凝溶膠蛋白與凋亡、凝血、免疫、腫瘤及炎癥等病理生理過程密切相關(guān)。

1 凝溶膠蛋白的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

凝溶膠蛋白超家族是普遍存在于哺乳動(dòng)物和非哺乳動(dòng)物有機(jī)體中一類較為保守的蛋白家族，目前已知共有7種蛋白成員，分別是凝溶膠蛋白、絨毛蛋白(villin)、腎上腺肌割蛋白(adseverin)、capG、近絨毛蛋白(advillin)、超絨毛蛋白(supervillin)和flightless I。這7種蛋白中均含有3個(gè)或6個(gè)被稱為類凝溶膠蛋白(G)結(jié)構(gòu)域的同源重復(fù)序列。凝溶膠蛋白的分子量為82－84 kD，包含6個(gè)類凝溶膠蛋白(G)結(jié)構(gòu)域，是該家族的重要成員[2]。它最早于1979年由Yin和Stossel在兔肺巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，證實(shí)其能夠以鈣依賴的方式調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的重組，促使細(xì)胞質(zhì)凝膠態(tài)和溶膠態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，因而將其命名為凝溶膠蛋白。之后又有研究表明，在血小板和血清中也發(fā)現(xiàn)了該蛋白。目前已證實(shí)，凝溶膠蛋白廣泛分布于低等真核生物到高等哺乳動(dòng)物中，在動(dòng)物組織內(nèi)存在于細(xì)胞質(zhì)和血漿中，分別稱為胞漿凝溶膠蛋白和血漿凝溶膠蛋白，這2種不同形態(tài)的蛋白均由9號染色體上同一個(gè)特定基因所編碼，通過不同的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)以及不同的剪接方式而產(chǎn)生2種不同編碼的mRNA，最終導(dǎo)致凝溶膠蛋白2種形態(tài)的差異。凝溶膠蛋白在多種類型的細(xì)胞中均有表達(dá)。

凝溶膠蛋白及其家族成員所呈現(xiàn)的不同活性，與染色體的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，該染色體由折疊成緊密區(qū)域的100－125個(gè)氨基酸所組成。這些區(qū)域中凝溶膠蛋白參與組成了6個(gè)區(qū)，稱為G1－6，由不同長度的連接區(qū)域所連接(圖1)。早期關(guān)于凝溶膠蛋白片段的研究識別出3個(gè)肌動(dòng)蛋白結(jié)合區(qū)域:非鈣依賴性牢固單體結(jié)合片段(G1)、非鈣依賴性肌絲結(jié)合片段(G2－3)、鈣依賴性單體結(jié)合片段(G4－6)。隨后的資料又證實(shí)，G1和G4區(qū)結(jié)合肌動(dòng)蛋白單體，但G2區(qū)調(diào)控肌絲結(jié)合活性。序列分析表明，G1與G4、G2與G5、G3與G6密切相關(guān)。除胞質(zhì)凝溶膠蛋白外，由包含25個(gè)氨基酸末端延伸的蛋白分泌形式也存在于血漿中，能夠在肌動(dòng)蛋白清除系統(tǒng)中發(fā)揮作用。凝溶膠蛋白家族的其它一些成員，如肌割蛋白，它包含3個(gè)區(qū)域而不是6個(gè)區(qū)域，但保留了肌絲切割、封端和成核活性，然而其成核活性的作用強(qiáng)度不如全長凝溶膠蛋白。除長度外，肌割蛋白不同于凝溶膠蛋白之處是，它包含1個(gè)位于3區(qū)的絲狀肌動(dòng)蛋白瞬時(shí)結(jié)合位點(diǎn)。凝溶膠蛋白C端半截片段是較短的結(jié)構(gòu)區(qū)域，但該區(qū)域仍保留對鈣的敏感性和成核活性，這一事實(shí)讓人們更加懷疑G4－6片段的作用。有學(xué)者認(rèn)為，凝溶膠蛋白G1－3的切割作用是濃度依賴性的，說明凝溶膠蛋白整體效應(yīng)的發(fā)揮需要N端和C端半截片段之間的協(xié)同性。另據(jù)報(bào)道，盡管這些蛋白與凝溶膠蛋白存在顯著差異，肌動(dòng)蛋白絲切割蛋白和肌動(dòng)蛋白解聚因子也是相互作用的，切割肌動(dòng)蛋白需要大量協(xié)同作用。除凝溶膠蛋白相關(guān)切割蛋白的排列外，具有一些肌動(dòng)蛋白調(diào)節(jié)活性的分子中，發(fā)現(xiàn)不同凝溶膠蛋白基本的6次或3次重復(fù)結(jié)構(gòu)的變化。一段微小的C端絲狀肌動(dòng)蛋白結(jié)合起始端片段使類凝溶膠蛋白分子轉(zhuǎn)變?yōu)槭鵂畹鞍?bundling protein)，絨毛蛋白的命名基于其在微絨毛的定位。G1片段少量殘片的替代是區(qū)分源自肌割蛋白的肌動(dòng)蛋白絲封端因子capG的關(guān)鍵。在多數(shù)研究中，這些分子具有適應(yīng)其表達(dá)、定位和調(diào)控運(yùn)動(dòng)細(xì)胞相應(yīng)區(qū)域的額外片段。總之，不同活性分子使凝溶膠蛋白超家族在對細(xì)胞肌動(dòng)蛋白功能的多種調(diào)控過程中發(fā)揮了重要作用[3]。

Figure 1. Structure mode of gelsolin.The figure is revised from Silacci P，Mazzolai L，Gauci C，et al.Gelsolin superfamily proteins:key regulators of cellular functions[J].Cell Mol Life Sci，2004，61(19 －20):2614 －2623.圖1 凝溶膠蛋白的結(jié)構(gòu)模式

2 凝溶膠蛋白的功能及作用機(jī)制

2.1 肌動(dòng)蛋白活性的調(diào)節(jié) 凝溶膠蛋白是目前已知效應(yīng)最強(qiáng)的肌動(dòng)蛋白絲切割蛋白，其活性受到Ca2+濃度、細(xì)胞內(nèi)pH值、磷酸磷脂酰肌醇和酪氨酸磷酸化等因素的調(diào)節(jié)，在與肌動(dòng)蛋白的相互作用中，對肌動(dòng)蛋白絲進(jìn)行剪切、聚合和解聚[2](圖2)。凝溶膠蛋白被Ca2+活化后發(fā)揮切割肌動(dòng)蛋白絲或脫離肌絲終端的作用，阻止單體肌動(dòng)蛋白添加到肌動(dòng)蛋白絲的倒刺末端，再與磷脂酰肌醇脂類物質(zhì)結(jié)合，使倒刺末端暴露，利于肌動(dòng)蛋白聚合而進(jìn)一步去封端。凝溶膠蛋白與倒刺末端的結(jié)合只有在與二磷酸磷脂酰肌醇進(jìn)行磷脂調(diào)控時(shí)才會(huì)被替換，因此，二磷酸磷脂酰肌醇同分異構(gòu)體是目前已知的唯一能夠抑制凝溶膠蛋白切割活性的胞內(nèi)物質(zhì)，并且可誘導(dǎo)凝溶膠蛋白與肌動(dòng)蛋白分離。另有資料證實(shí)，沙門菌侵入蛋白A也有抑制凝溶膠蛋白切割肌動(dòng)蛋白絲的作用，該蛋白來源于細(xì)菌，由一些侵入組織細(xì)胞的細(xì)菌所釋放，通過促使肌動(dòng)蛋白聚合、遏制肌動(dòng)蛋白代謝而發(fā)揮抑制凝溶膠蛋白切割活性的作用。在肌動(dòng)蛋白絲解聚狀態(tài)下，凝溶膠蛋白封端的肌動(dòng)蛋白絲會(huì)在突出端失去肌動(dòng)蛋白亞基，分解肌動(dòng)蛋白絲;而在肌動(dòng)蛋白絲聚合狀態(tài)下，凝溶膠蛋白又具有鈣依賴性肌動(dòng)蛋白成核活性，并使肌動(dòng)蛋白單體聚合形成肌動(dòng)蛋白絲[3]。研究發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)節(jié)蛋白可與凝溶膠蛋白結(jié)合形成高親和力的復(fù)合體，從而抑制其成核活性[4]。

2.2 控制細(xì)胞凋亡 胱天蛋白酶(cysteine aspartic acic specific protease，caspase)家族中的 caspase－3是細(xì)胞凋亡過程中關(guān)鍵的執(zhí)行分子之一，可將凝溶膠蛋白剪切成39 kD和41 kD的2個(gè)片段，使凝溶膠蛋白失去鈣依賴切割活性及與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合的能力，裂解的片段在細(xì)胞凋亡中可能是形態(tài)學(xué)變化的生理效應(yīng)器[5]。凝溶膠蛋白不僅可以作為caspase的底物，亦可作為細(xì)胞凋亡過程的抑制物。凝溶膠蛋白的過度表達(dá)，以及其與二磷酸磷脂酰肌醇和caspase－3形成的復(fù)合體，均能降低caspase－3活性進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡過程。在凝溶膠蛋白基因敲除的小鼠神經(jīng)元細(xì)胞中，缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡效應(yīng)明顯增強(qiáng)，支持了凝溶膠蛋白對細(xì)胞凋亡的抑制作用。另有證據(jù)表明，凝溶膠蛋白能夠使細(xì)胞避免發(fā)生由丁酸鹽介導(dǎo)的凋亡過程。此外，凝溶膠蛋白對細(xì)胞凋亡的抑制作用還可通過影響線粒體膜電位的水平而實(shí)現(xiàn)。然而，人們對凝溶膠蛋白抑制細(xì)胞凋亡的看法并非完全一致。最新的研究發(fā)現(xiàn)，凝溶膠蛋白N端片段能夠阻止肌動(dòng)蛋白和脫氧核糖核酸酶Ⅰ的相互作用[6]。該酶在細(xì)胞凋亡過程中可導(dǎo)致DNA水解，

Figure 2. Gelsolin can bind，sever and cap actin filaments.The figure is revised from Silacci P，Mazzolai L，Gauci C，et al.Gelsolin superfamily proteins:key regulators of cellular functions[J].Cell Mol Life Sci，2004，61(19 －20):2614 －2623.圖2 凝溶膠蛋白結(jié)合、切割、封端肌動(dòng)蛋白絲

促使細(xì)胞凋亡，此酶活性因其與胞質(zhì)肌動(dòng)蛋白結(jié)合而被抑制，阻止其向核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，而結(jié)合后復(fù)合物的解體可使脫氧核糖核酸酶Ⅰ活化。凝溶膠蛋白通過影響肌動(dòng)蛋白與脫氧核糖核酸酶Ⅰ的相互作用而使該酶激活，從而有可能促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

2.3 調(diào)控細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 凝溶膠蛋白對細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)具有明顯調(diào)節(jié)作用。早期有實(shí)驗(yàn)表明，破骨細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性在凝溶膠蛋白基因敲除小鼠體內(nèi)顯著降低，從而阻礙破骨細(xì)胞的細(xì)胞黏附結(jié)構(gòu)形成[7]。凝溶膠蛋白還被證實(shí)能夠調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性。基質(zhì)細(xì)胞衍生因子是一種通過磷脂酰肌醇來轉(zhuǎn)導(dǎo)信號，從而改變細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性的化學(xué)因子;Lin－Sca+Kit+和Lin－Sca+Kit－是2種造血干細(xì)胞系，它們對于基質(zhì)細(xì)胞衍生因子的刺激可分別呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)能力。在上述2種細(xì)胞系中，磷酸肌醇信號通路在同一水平被激活，與通路激活前相比，Lin－Sca+Kit+較之Lin－Sca+Kit－細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性無明顯提高。蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果顯示:與 Lin－Sca+Kit－相比，Lin－Sca+Kit+中凝溶膠蛋白和腎上腺肌割蛋白的表達(dá)量較低，這為2種細(xì)胞系對于基質(zhì)細(xì)胞衍生因子為何有不同程度的反應(yīng)作出了合理解釋[8]。其后有學(xué)者對支氣管上皮細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性進(jìn)行觀察，進(jìn)一步證實(shí)凝溶膠蛋白的調(diào)節(jié)效應(yīng)。在通常情況下，非致瘤性支氣管上皮細(xì)胞NL20(含有凝溶膠蛋白)在改良的Boyden小室細(xì)胞遷移試驗(yàn)中會(huì)向表皮生長因子(EGF)遷移;而致瘤性NL20－TA細(xì)胞(缺少凝溶膠蛋白)則不向EGF遷移。并且，在NL20異常表達(dá)凝溶膠蛋白后，又恢復(fù)了細(xì)胞向EGF遷移的能力[9]。

2.4 凝溶膠蛋白與腫瘤 關(guān)于凝溶膠蛋白在腫瘤病理過程發(fā)揮的作用，有正向和負(fù)向兩種截然不同的研究結(jié)果。一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)，凝溶膠蛋白在大部分癌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，在腫瘤發(fā)生過程中起負(fù)調(diào)節(jié)作用，且凝溶膠蛋白和肌動(dòng)蛋白切割蛋白的過表達(dá)能消除腫瘤的發(fā)生;另有資料表明，凝溶膠蛋白在腫瘤細(xì)胞中呈現(xiàn)高表達(dá)，通過提高癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性，導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移率升高，降低腫瘤患者的存活率。

在前一類研究中，與正常組織相比，凝溶膠蛋白表達(dá)量在多種腫瘤細(xì)胞(包括乳腺癌細(xì)胞、肺癌細(xì)胞、腸癌細(xì)胞、膀胱癌細(xì)胞以及前列腺癌細(xì)胞)中均降低，并證實(shí)凝溶膠蛋白表達(dá)減弱與腫瘤的惡性分化相關(guān)，但與其它臨床病理學(xué)標(biāo)記或腫瘤患者存活率無明顯關(guān)聯(lián);并且，轉(zhuǎn)染凝溶膠蛋白可強(qiáng)烈抑制卵巢癌細(xì)胞、膀胱癌細(xì)胞和黑色素瘤細(xì)胞集落的形成，提示凝溶膠蛋白能夠抑制多種癌細(xì)胞的生長[10]。由于組蛋白脫乙?；然蛲庑揎椬饔每蓪?dǎo)致癌細(xì)胞中凝溶膠蛋白的失活，通過抑制組蛋白脫乙?；拱┘?xì)胞中凝溶膠蛋白高表達(dá)，也是間接阻止癌細(xì)胞生長的一種方法[10]。關(guān)于凝溶膠蛋白啟動(dòng)子在膀胱癌細(xì)胞系體內(nèi)特性研究中，通過印跡法檢測和對高錳酸鉀作用的核苷酸進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):凝溶膠蛋白基因啟動(dòng)子沉默并非緣于基因的變異或核苷酸的超甲基化，而是由于組蛋白脫乙?；饔煤湍苣z蛋白基因啟動(dòng)子核心區(qū)域形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)所致。盡管目前還不清楚組蛋白H3、H4低乙?；蛦?dòng)子核心區(qū)域形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)之間的因果關(guān)系，但二者可能是通過相互作用來抑制人膀胱癌細(xì)胞中凝溶膠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。

在后一類研究中，非小細(xì)胞癌的凝溶膠蛋白高水平或異源表達(dá)均是對患者不利的預(yù)后因素，顯著降低患者的存活率，且癌細(xì)胞中凝溶膠蛋白高表達(dá)與肺癌、乳腺癌患者低存活率相關(guān)。凝溶膠蛋白高表達(dá)使癌細(xì)胞的遷移和侵潤能力提高，加速腫瘤轉(zhuǎn)移。對口腔癌的研究發(fā)現(xiàn)，凝溶膠蛋白表達(dá)在癌癥發(fā)展過程中出現(xiàn)2個(gè)階段，在癌前病變期，其表達(dá)量減少;當(dāng)發(fā)展到口腔鱗狀細(xì)胞原發(fā)和轉(zhuǎn)移癌時(shí)，其表達(dá)量則明顯上調(diào)[11]。

2.5 細(xì)胞吞噬功能 吞噬是一個(gè)需要肌動(dòng)蛋白骨架結(jié)構(gòu)連續(xù)不斷重排的復(fù)雜細(xì)胞生物學(xué)過程。多核粒細(xì)胞有3種吞噬形式:補(bǔ)體調(diào)理吞噬、IgG調(diào)理吞噬和整合素介導(dǎo)的吞噬，由細(xì)胞表面3種不同的受體所介導(dǎo)，分別是補(bǔ)體受體、Fcγ受體和整合素分子。許多實(shí)驗(yàn)表明，凝溶膠蛋白在這3種受體介導(dǎo)的3種吞噬過程中均發(fā)揮了重要作用，但具體作用機(jī)制尚不清楚。在細(xì)胞遷移狀態(tài)下，對肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)調(diào)控途徑的研究揭示了凝溶膠蛋白作為GTP結(jié)合蛋白Rac的下游效應(yīng)器的作用。Rac被活化后即可促使凝溶膠蛋白和肌動(dòng)蛋白的分離，引發(fā)肌動(dòng)蛋白重建的進(jìn)程;Rac的激活也是Fc受體和整合素介導(dǎo)吞噬過程的關(guān)鍵步驟，調(diào)控吞噬作用的初始步驟[2]。

Figure 3. Effect of platelet formation and activation by gelsolin.The figure is revised from Osborn TM，Dahlgren C，Hartwig JH，et al.Modifications of cellular responses to lysophosphatidic acid and platelet－ activating factor by plasma gelsolin[J].Am J Physiol Cell Physiol，2007，292(4):C1323 －1330.圖3 凝溶膠蛋白對血小板形成和活化的影響

2.6 血小板的形成和活化 血小板的形成和活化是涉及肌動(dòng)蛋白骨架重排的復(fù)雜過程(圖3)。幼巨核細(xì)胞表達(dá)凝溶膠蛋白，但不表達(dá)腎上腺肌割蛋白和capG。增強(qiáng)腎上腺肌割蛋白的表達(dá)可誘導(dǎo)幼巨核細(xì)胞成熟，導(dǎo)致血小板的形成。有趣的是，腎上腺肌割蛋白的表達(dá)也能使凝溶膠蛋白表達(dá)下調(diào)。腎上腺肌割蛋白可能參與調(diào)控幼巨核細(xì)胞凋亡，但凝溶膠蛋白則能保護(hù)幼巨核細(xì)胞避免凋亡，抑制它們不同的進(jìn)程。非活化期的血小板可保護(hù)倒刺末端避免發(fā)生聚合作用，VASP(一種細(xì)胞骨架局部結(jié)合蛋白)保護(hù)肌動(dòng)蛋白絲不受凝溶膠蛋白的切割作用，但不能抑制凝溶膠蛋白結(jié)合肌動(dòng)蛋白絲[12]。

新近研究顯示，人體血液中基礎(chǔ)水平的凝溶膠蛋白能夠顯著抑制體外血小板活化因子介導(dǎo)的血小板和中性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)，意味著這是生理性的重要調(diào)節(jié)作用。凝溶膠蛋白通過干擾體外血小板活化因子和溶血性磷脂酸誘導(dǎo)細(xì)胞激活作用，為其體內(nèi)細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)提供有效途徑[13]。

2.7 免疫效應(yīng) 病毒蛋白R(Vpr)源于人類免疫缺陷病毒(HIV)，它能誘導(dǎo)增殖細(xì)胞周期停止，刺激病毒轉(zhuǎn)錄，并調(diào)控感染時(shí)T淋巴細(xì)胞的活化和凋亡。全長型或片段5(G5)而非G5缺失的凝溶膠蛋白(ΔG5)過表達(dá)能結(jié)合電壓依賴性陰離子通道(VDAC)，并且 G5亞基可抑制 HIV－I－Vpr結(jié)合VDAC。這些結(jié)果表明，凝溶膠蛋白G5區(qū)域通過阻斷Vpr和VDAC的相互作用來抑制HIV－Vpr介導(dǎo)的T細(xì)胞凋亡，這可作為一種對抗HIV－Vpr介導(dǎo)T細(xì)胞凋亡的保護(hù)性治療策略[14]。

3 凝溶膠蛋白與炎癥反應(yīng)及組織損傷

3.1 凝溶膠蛋白與炎癥反應(yīng) 覆蓋于氣道表面的稀薄液體層是黏液纖毛清除作用的基礎(chǔ)，也是機(jī)體抵御微生物和其它有害因子的屏障。上皮或非上皮細(xì)胞分泌于氣道表面液體中的蛋白在機(jī)體天然免疫和促進(jìn)黏液分泌物流動(dòng)性上均有重要意義。通過蛋白組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)，在人支氣管上皮細(xì)胞特異性分泌蛋白中，存在大量的凝溶膠蛋白，且支氣管上皮氣道表面凝溶膠蛋白mRNA和蛋白分泌物在經(jīng)白細(xì)胞介素(IL)－4(哮喘中釋放的一種細(xì)胞因子)處理后明顯增加，說明凝溶膠蛋白的表達(dá)和分泌受IL－4調(diào)控。它可能分解炎癥反應(yīng)過程中由垂死細(xì)胞大量釋放的肌動(dòng)蛋白絲，提高哮喘患者呼吸道表面液體的流動(dòng)性[15]。但是，肺上皮細(xì)胞凋亡減少能引起肺組織炎癥和纖維化，而caspase－3介導(dǎo)的凝溶膠蛋白片段可發(fā)揮抗凋亡作用，提示凝溶膠蛋白的表達(dá)是肺炎和肺纖維化發(fā)生發(fā)展的必需條件[16]。

血漿凝溶膠蛋白與細(xì)菌脂多糖(又稱內(nèi)毒素)具有高度親和力。通過固相結(jié)合分析、熒光檢測和其它肌動(dòng)蛋白解聚作用的功能分析，發(fā)現(xiàn)凝溶膠蛋白與脂多糖的結(jié)合比凝溶膠蛋白與其它已知的脂質(zhì)配體、二磷酸磷脂酰肌醇和溶血磷脂酸的結(jié)合更緊密。凝溶膠蛋白與脂多糖結(jié)合蛋白(LBP)競爭性結(jié)合脂多糖，從而抑制凝溶膠蛋白肌動(dòng)蛋白的結(jié)合活性和血清肌動(dòng)蛋白的解聚活性;同時(shí)，脂多糖誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白骨架重排、膠原蛋白骨架重排、膠原質(zhì)介導(dǎo)的非Toll樣受體通路血小板活化等細(xì)胞功能，均可被凝溶膠蛋白所抑制，該效應(yīng)是脂多糖通過與磷酸磷脂酰肌醇競爭性結(jié)合凝溶膠蛋白來實(shí)現(xiàn)的。上述結(jié)果提示，脂多糖對于血漿凝溶膠蛋白功能有顯著影響，也說明血漿凝溶膠蛋白可能介導(dǎo)或抑制細(xì)胞中脂多糖的某些功能[17]。某些藥物和免疫因子刺激細(xì)胞時(shí)，宿主對來自細(xì)菌表面細(xì)胞膜釋放的脂多糖或脂磷壁酸的免疫識別過程均涉及細(xì)胞外凝溶膠蛋白[18]。

3.2 凝溶膠蛋白與膿毒癥(sepsis) 凝溶膠蛋白作為肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的一種，在肌動(dòng)蛋白清除系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，有資料證實(shí)血漿凝溶膠蛋白在膿毒癥的病理生理過程中起到?jīng)Q定性作用。通過對內(nèi)毒素血癥、盲腸結(jié)扎穿孔動(dòng)物模型采用補(bǔ)充外源性血漿凝溶膠蛋白的治療方法，觀察到膿毒癥發(fā)生6 h內(nèi)，動(dòng)物血漿凝溶膠蛋白的耗竭與循環(huán)肌動(dòng)蛋白的存在相關(guān)。補(bǔ)充血漿凝溶膠蛋白可引起循環(huán)肌動(dòng)蛋白聚集物溶解增加，并顯著減少內(nèi)毒素血癥和盲腸結(jié)扎穿孔鼠的死亡率，還能降低內(nèi)毒素血癥動(dòng)物細(xì)胞因子水平，減輕炎癥的發(fā)生與發(fā)展。該結(jié)果說明，循環(huán)微粒肌動(dòng)蛋白是膿毒癥誘導(dǎo)細(xì)胞損傷的標(biāo)記物之一，血漿凝溶膠蛋白對膿毒癥具有明顯保護(hù)作用，補(bǔ)充凝溶膠蛋白為致死性膿毒癥的防治開辟了新途徑[19]。

臨床研究表明，膿毒癥發(fā)生后迅速出現(xiàn)血漿凝溶膠蛋白的耗竭，可能是由于細(xì)胞損傷后肌動(dòng)蛋白骨架暴露，促使凝溶膠蛋白與肌動(dòng)蛋白的結(jié)合效應(yīng)，造成血漿凝溶膠蛋白的大量消耗。伴隨其消耗的增加，肌動(dòng)蛋白絲形成增多，導(dǎo)致進(jìn)一步的組織損傷及器官功能障礙。此外，血漿凝溶膠蛋白能結(jié)合膿毒癥過程中產(chǎn)生的多種炎癥介質(zhì)，如脂多糖[17]、溶血磷脂酸[20]和血小板活化因子[13]，并通過其結(jié)合和滅活作用，減輕全身性炎癥反應(yīng)狀態(tài)，最終改善膿毒癥的預(yù)后。

新近一項(xiàng)臨床研究對膿毒癥患者血漿凝溶膠蛋白水平進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)血漿凝溶膠蛋白可能是嚴(yán)重膿毒癥一個(gè)有價(jià)值的標(biāo)記物[21]。膿毒癥患者血漿凝溶膠蛋白水平較之非膿毒癥患者顯著降低，且IL－6水平升高，但I(xiàn)L－10和腫瘤壞死因子(TNF)－α沒有明顯差異。患者血漿凝溶膠蛋白水平是嚴(yán)重膿毒癥一個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素，且存活者和死亡者在接受治療前血漿凝溶膠蛋白水平并無明顯差異，因此可作為嚴(yán)重膿毒癥早期診斷的重要依據(jù)。治療后存活者得益于其低下的血漿凝溶膠蛋白水平逐漸恢復(fù);但死于膿毒癥的患者，其血漿凝溶膠蛋白水平僅維持或低于其治療前范圍。由此可見，膿毒癥患者血漿凝溶膠蛋白低水平與膿毒癥的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，血漿凝溶膠蛋白的耗竭是否得以恢復(fù)與臨床癥狀的改善有關(guān)。

3.3 凝溶膠蛋白與創(chuàng)傷 有資料表明，當(dāng)機(jī)體遭受嚴(yán)重創(chuàng)傷后，血漿中凝溶膠蛋白水平會(huì)顯著下降，而給機(jī)體回輸凝溶膠蛋白，能顯著減輕嚴(yán)重?zé)齻?、?chuàng)傷所致肺損傷或其它類型的組織損傷[22]。通過進(jìn)一步分析創(chuàng)傷患者血漿凝溶膠蛋白水平與預(yù)后的關(guān)系，證實(shí)血漿凝溶膠蛋白的低水平與發(fā)生在ICU的死亡高危險(xiǎn)性相關(guān)，指出血漿凝溶膠蛋白對于外科危重病人是一種潛在的預(yù)后生物標(biāo)記物，補(bǔ)充血漿凝溶膠蛋白很有希望應(yīng)用于外科危重癥的治療[23]。因?yàn)榧蔽Ｖ匕Y患者血漿凝溶膠蛋白濃度的降低往往發(fā)生在其并發(fā)癥出現(xiàn)之前，大量凝溶膠蛋白消耗有助于延緩多器官功能障礙的發(fā)生。凝溶膠蛋白可清除損傷組織細(xì)胞釋放肌動(dòng)蛋白，盡管細(xì)胞外肌動(dòng)蛋白可能是造成凝溶膠蛋白耗竭的主要原因，但凝溶膠蛋白除清除肌動(dòng)蛋白外，還對炎癥介質(zhì)具有調(diào)節(jié)作用[24]。

另據(jù)報(bào)道，出血性休克時(shí)腸系膜淋巴中凝溶膠蛋白減少。凝溶膠蛋白在腸系膜淋巴中(相比血漿)處于較高水平，當(dāng)出血性休克發(fā)生后，凝溶膠蛋白水平顯著下降，可能是由于肌動(dòng)蛋白清除系統(tǒng)的消耗所致。凝溶膠蛋白的濃度變化可使脂類生物活性釋放，并造成肺部及其它器官的毛細(xì)血管損傷[25]。燒傷大鼠給予靜脈注射重組人凝溶膠蛋白治療，能有效阻止傷后肺微血管通透性的增加。提示在燒傷后全身性炎癥反應(yīng)的病理生理過程中，血液循環(huán)系統(tǒng)中凝溶膠蛋白可能對機(jī)體具有重要的保護(hù)功能[26]。此外，在局部缺血性腦損傷病理過程中，血漿凝溶膠蛋白量顯著下降。組蛋白脫乙?；傅囊种谱饔眉捌鋵δ苣z蛋白基因表達(dá)的調(diào)控是減輕局部缺血性腦損傷值得關(guān)注的預(yù)防性治療新方法[27]。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，凝溶膠蛋白作為凝溶膠蛋白超家族成員之一，也是重要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，使胞質(zhì)在凝膠態(tài)和溶膠態(tài)之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。凝溶膠蛋白通過對肌動(dòng)蛋白的剪切、聚合和重組作用，使細(xì)胞骨架發(fā)生重排，從而參與了多種細(xì)胞的生命活動(dòng)進(jìn)程，并與凋亡、凝血、免疫、腫瘤及炎癥等病理生理過程密切相關(guān)。它可通過降低caspase－3活性抑制細(xì)胞凋亡，或者干擾線粒體途徑抑制細(xì)胞凋亡的進(jìn)程，還可能通過影響肌動(dòng)蛋白與脫氧核糖核酸酶Ⅰ的相互作用而使該酶激活，從而有可能促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在腫瘤發(fā)生過程中起負(fù)調(diào)節(jié)作用，凝溶膠蛋白和肌動(dòng)蛋白切割蛋白的過表達(dá)能防止腫瘤的發(fā)生，但又因其促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移率增高，使腫瘤患者死亡率增加;抑制血小板活化因子介導(dǎo)的血小板和中性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)，可干擾血小板活化因子和溶血性磷脂酸誘導(dǎo)細(xì)胞激活作用，為其在體內(nèi)保護(hù)細(xì)胞開辟了新途徑;此外，凝溶膠蛋白是肌動(dòng)蛋白清除系統(tǒng)的重要組成部分，并能夠結(jié)合大量具有生物活性的炎癥介質(zhì)，從而保護(hù)組織和器官功能。

通過對凝溶膠蛋白超家族蛋白成員的深入研究，盡管它們在調(diào)控包括細(xì)胞骨架重建等細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但大量證據(jù)表明其基因被敲除后并不具有致死性;且在一個(gè)明確的表型上也未獲得有意義的結(jié)果，包括細(xì)胞形態(tài)改變和細(xì)胞活動(dòng)性在內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)程只是略有影響，但并不被完全停止。這些明顯存在的悖論可能被解釋為該超家族的其它蛋白成員的代償機(jī)制。上述觀察暗示，僅對這些蛋白中某一成員表達(dá)影響的實(shí)驗(yàn)需要更細(xì)致的詮釋。如在凋亡和腫瘤的病理生理過程中，均存在兩種截然不同的作用機(jī)制和結(jié)果。單純分析某一個(gè)實(shí)驗(yàn)的對象或影響因素，必然無法準(zhǔn)確地判定其最終的效應(yīng)和結(jié)果。凝溶膠蛋白及其超家族的其它蛋白成員的表達(dá)和作用，必須在靶細(xì)胞和組織中得以完整的評價(jià)，影響因素的缺失不一定意味著體內(nèi)相應(yīng)功能的缺失。為充分理解凝溶膠蛋白超家族蛋白成員的功能，大量研究工作仍有待完成。許多問題值得深入探討，如游離血小板流動(dòng)時(shí)暴露的內(nèi)皮細(xì)胞中核capG的增加。事實(shí)上，核capG的作用目前仍不清楚。更好地理解凝溶膠蛋白及其家族成員的功能，有助于更進(jìn)一步認(rèn)識細(xì)胞的病理生理過程，并用于指導(dǎo)臨床在早期診斷、早期治療及預(yù)后判斷等方面。

早期對于凝溶膠蛋白的功能研究主要涉及細(xì)胞凋亡及腫瘤等領(lǐng)域，參與調(diào)控細(xì)胞凋亡的進(jìn)程、使腫瘤細(xì)胞表達(dá)下調(diào)和加強(qiáng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性等方面。近年來，更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床觀察表明，凝溶膠蛋白在燒傷、創(chuàng)傷、炎癥等領(lǐng)域仍有廣泛的研究前景，血漿凝溶膠蛋白濃度水平是外科危重癥潛在的預(yù)后生物標(biāo)記物，并可作為嚴(yán)重膿毒癥早期診斷的依據(jù)之一，尤其是在臨床防治方面，將為外科急危重癥和嚴(yán)重膿毒癥患者的有效干預(yù)提供新策略。

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Advances in structure and function of gelsolin

CHEN Qi，YAO Yong－ming
(Burns Institute，F(xiàn)irst Hospital Affiliated to The Chinese PLA General Hospital，Beijing 100048，China.E －mail:c_ff@sina.com)

Gelsolin is an important actin－binding plasma protein，with modulation of actin dynamics through binding，severing and capping actin filaments，which can be regulated by Ca2+，pH and phosphatidylinositol，etc.Multitude complex functions of gelsolin have been involved in various cellular processes，including regulation of actin dynamics，cell motility，phagocytosis，control of apoptosis，platelet formation and activation.Gelsolin plays a pivotal role in the pathogenesis of apoptosis，blood clotting，immunity，tumor and inflammation.This review will focus on the advances in the structure，function as well as mechanism of actions of gelsolin，and provide a basis for reflection on other possible and as yet incompletely understood roles in clinic.

凝溶膠蛋白;肌動(dòng)蛋白;炎癥;創(chuàng)傷和損傷

Gelsolin;Actin;Inflammation;Wounds and injuries

R631;R363.2

A

10.3969/j.issn.1000－4718.2010.07.041

1000－4718(2010)07－1433－07

2009－07－09

2009－09－18

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(No.2005CB522602);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.30672178;No.30872683)

△通訊作者 Tel:010－66867394;E－mail:c_ff@sina.com